金属掩模下的全息光刻微纳光栅深度优化与形貌控制

本文主要探讨了一种基于金属掩模的全息光刻微纳光栅制备工艺，该工艺在激光和微电子领域具有重要应用。首先，研究者在GaAs衬底上采用全息光刻技术，这是一种利用干涉图案来精确控制光子路径的技术，以便在光敏材料上形成复杂的光栅图案。这种方法结合了感应耦合等离子体（ICP）干法刻蚀技术，这种无湿法刻蚀方式能高效地在微小尺度上进行精确切割。 工艺的关键步骤是引入金属硬掩模，这里选择了磁控溅射生长的镍(Ni)作为阻挡层，以保护光栅图案不受刻蚀影响。通过比较光刻胶、二氧化硅(SiO2)和Ni作为刻蚀掩模的效果，结果显示Ni掩模表现出显著的抗刻蚀性能，这有助于提高光栅的稳定性和耐用性。利用lift-off技术，即在光刻完成后移除掩模的过程，进一步确保了Ni掩模的精度和一致性。 具体实验中，使用50纳米厚的Ni作为硬掩模，通过优化的工艺参数实现了光栅的深宽比约为4.9，槽宽为300纳米，刻蚀深度达到1454纳米。这一深度使得光栅具有陡峭的侧壁形貌，从而保证了光栅的高精度和良好的周期性与均匀性。这样的光栅结构对于光波的衍射和分光有着重要的作用，广泛应用于光学通信、光存储和光探测等领域。 总结来说，这篇论文提供了一种创新的微纳光栅制备方法，通过金属硬掩模和全息光刻技术，能够在单次刻蚀过程中获得高质量的光栅结构。这对于推动微电子和光子学器件的发展具有实际价值，特别是在需要高精度和高稳定性的应用场景中。